Neste estudo utilizou-se um sistema para análise cinemática (Dvideow), visando obtenção de dados sobre a posição dos jogadores em função do tempo e suas ações técnicas. Inicialmente, tal sistema será relatado com o objetivo de descrever seus algoritmos específicos para o futebol. Em seguida, o software Matlab® foi usado para o desenvolvimento de algoritmos para o tratamento de dados e análise da partida.
4-1 – Sistema Dvideow
O sistema Dvideow (BARROS et al, 1999; FIGUEROA et al. 2003), que é baseado em videogrametria, tem sido utilizado para a realização de análise cinemática de movimentos humanos como a marcha, postura, movimentos esportivos (chute no futebol, por exemplo) e análise de deslocamentos simultâneos entre várias pessoas, como em uma partida de futebol.
Assim, para a obtenção das coordenadas 2D de cada jogador em função do tempo e suas ações, foram realizados os seguintes procedimentos:
Medição automática e/ou manual
Registro e arquivamento das ações técnicas
4.1.2 – Imagens dos jogos
Neste estudo foram utilizadas filmagens de quatro jogos oficiais de campeonatos nacionais (Serie A) já realizadas anteriormente em pesquisas acadêmicas. Essas imagens correspondem a filmagens realizadas por quatro câmeras digitais, numa freqüência de aquisição de 30 Hz. Elas foram posicionadas em um local elevado do estádio (cabines de rádio ou televisão), onde permaneceram fixas do começo ao fim do jogo. Cada câmera filmou uma determinada região do campo, de forma que todas juntas conseguiam enquadrar o campo inteiro (figura 3). Todas as filmagens realizadas foram autorizadas pela emissora de televisão responsável, que detinha os direitos de imagem de todos os jogadores.
Em seguida, esses vídeos foram transferidos para o computador através de uma placa de captura, onde se criaram os arquivos de formato AVI (Audio Video Interleaved) com resolução de 480 linhas por 720 colunas e com sua freqüência reduzida para 7,5 Hz. Através de eventos comuns, identificados em cada uma das câmeras, realizou-se o procedimento de sincronização.
FIGURA 3. Posicionamento de cada uma das quatro câmeras, no
topo do estádio, de forma que todas juntas enquadravam o campo todo.
4.1.3 – Medição
A medição consistiu em obter as coordenadas bidimensionais da posição de cada jogador durante a seqüência de imagens. Ela pode ocorrer de forma automática e/ou manual. Muitas vezes o software, durante a medição automática, não foi capaz de identificar um determinado jogador durante alguns instantes, ou até mesmo realizou a medição de outro atleta erroneamente. Dessa forma, houve a necessidade da interferência do operador, que realizou as correções necessárias.
Por sua vez, a medição automática envolve dois processos que possibilitam que um determinado jogador seja identificado nos quadros que formam a seqüência de imagens. São eles:
o Segmentação
o Rastreamento (tracking)
4.1.3.1 - Segmentação
O jogador, o campo de futebol, as placas de propaganda, a arquibancada, entre outros, são elementos identificados na imagem por um conjunto de pixels. A segmentação tem o objetivo de detectar e separar os objetos de interesse (atletas), a partir de uma seqüência de imagens, dos outros elementos irrelevantes para a análise, ou seja, o campo, torcedores, placas de propaganda, etc. O sistema Dvideow possui uma interface especial (figura 4) que permite editar algoritmos para a realização do processo da segmentação. Desse modo, o software considera o relevo topográfico definido pelo jogador em determinada região do campo, através das seguintes etapas:
- Seleção da região de interesse;
- Extração de fundo realizado por um filtro de movimento; - Aumento dos picos da imagem;
- Detecção dos contornos pela aplicação do gradiente;
- Cálculo dos valores da dinâmica, dos mínimos regionais e seleção dos valores maiores nestas regiões;
- Considerando as regiões obtidas, determinação de suas linhas que separam o objeto de interesse de outros elementos da imagem;
- Eliminação de algumas regiões de acordo com parâmetros associados à estrutura morfológica dos marcadores, tais como perímetro, área e alongamento.
FIGURA 4. Interface do software Dvideow que permite que
algoritmos do processo de segmentação sejam editados de acordo com as necessidades.
Após esse processo, a imagem é binarizada e as regiões conexas encontradas são rotuladas e recebem o nome de blobs. Cada blob possui informações sobre tamanho (número de pixels que representa cada jogador), cor, perímetro e coordenadas bidimensionais que representam a posição do centro do blob na imagem.
4.1.3.2 – Rastreamento (tracking computacional)
As informações obtidas após a segmentação são um conjunto de pontos discretos que podem corresponder à trajetória dos jogadores na seqüência de imagens, mas ainda não estão associadas aos respectivos jogadores. Para desenvolver um algoritmo capaz de reconhecer a trajetória de cada jogador em toda seqüência de imagens de forma eficiente, a teoria de grafos (SZWARCFITER, 1984) é um método muito utilizado.
O grafo pode ser representado por um conjunto de pontos (chamados de vértices) que são conectados por linhas (nomeadas arestas). Neste trabalho, um vértice representa um ou mais blobs e dois pontos só poderão estar conectados por apenas uma aresta. De acordo com Szwarcfiter (1984), um grafo pode ser visualizado através de uma representação geométrica, na qual seus vértices correspondem a pontos distintos do plano em posições arbitrárias, enquanto cada aresta é associada uma linha arbitrária unindo os pontos correspondentes. A figura 5 apresenta, dessa forma, a representação geométrica de um grafo a partir de uma seqüência de blobs criados em uma seqüência de imagens. O rastreamento é realizado a partir da construção de grafos utilizando as informações obtidas pelos blobs.
FIGURA 5. Representação da construção dos grafos. A partir de
uma seqüência de imagens (A) criam-se os blobs (B) que serão utilizados para a construção do grafo (C). Cada vértice representa um ou mais blobs (indicado com o número dentro do círculo), ligados por uma aresta.
Uma vez obtidos os blobs correspondentes aos jogadores (e construídos seus respectivos grafos) de uma seqüência de imagens, realizou- se a separação dos blobs que possuem mais de um jogador, através de operadores morfológicos (erosão e dilatação) fornecidos pelo sistema Dvideow.
Quando nem estes operadores morfológicos foram capazes de realizar a separação, utilizou-se o jogador como modelo, cujas características estão contidas no blob anterior à junção. Em seguida, foi identificado o time a que o jogador pertence com base nas cores dos uniformes das equipes. Assim, os blobs receberam cores diferentes para servirem de parâmetros no momento do rastreamento.
Construído então o grafo a partir desses dados, o rastreamento foi realizado por cada jogador separadamente (figura 6), selecionando o atleta
no primeiro quadro. Uma vez selecionado o primeiro vértice, o sistema buscou informações sobre o próximo ponto, de acordo com o grafo criado.
FIGURA 6. Identificação da posição de cada jogador ao longo de
uma seqüência de imagens através do tracking computacional.
4.1.4 – Calibração, reconstrução 2D e suavização
O movimento estudado refere-se ao deslocamento de atletas em função do tempo durante uma partida. Esse movimento foi projetado sobre um plano determinado na definição do sistema de coordenadas associadas ao campo. Para isso, cada câmera continha informações de no mínimo quatro pontos do campo (linhas laterais, grande área, linha do meio campo, etc), com distâncias conhecidas, que foram em seguida arquivadas pelo software. Esse
processo de definir um ponto de origem e fornecer a cada câmera as coordenadas reais dos pontos do campo é chamado de calibração.
Logo após realizou-se a reconstrução 2-D através do processo do
“DLT – Direct Linear Transformation”, proposto por ABDEL-AZIZ e KARARA
(1971), descrito como um método de equações aplicado para quantificar os parâmetros da reconstrução (BARROS et al., 1999). Em seguida, os dados foram suavizados através do filtro digital Butterworth de 3ª ordem, numa freqüência de corte de 0,375 Hz, disponível no software Matlab®.
De posse das coordenadas bidimensionais de todos os jogadores em campo durante todo o período da partida, iniciou-se o procedimento de registro das ações técnicas, onde foram codificados cada fundamento e cada seqüência de ação. As coordenadas de cada jogador também foram utilizadas para se determinar a posição em que este atleta atuou, permitindo assim uma análise de suas ações técnicas relacionadas ao seu posicionamento em campo.
4.1.5 – Ações técnicas
O sistema Dvideow possui uma interface especialmente desenvolvida para aplicação do futebol, que tem como objetivo final fornecer informações sobre qual jogador realizou uma determinada ação, o momento (tempo) e localização nas coordenadas x e y da ação. Esse método se faz pelo registro e arquivamento dessas ações.
No entanto, antes de se realizar esse processo, se faz necessário relatar e descrever quais ações foram analisadas. Isso possibilitará uma compreensão geral de possíveis ações e seqüência de ações realizadas por jogadores durante uma partida de futebol.
4.1.5.1 – Descrição das ações
Foram definidas neste trabalho cinco ações técnicas, como segue abaixo: 1 – Domínio; 2 – Passe; 3 – Condução; 4 – Drible ou Finta; 5 – Finalização. 1 - Domínio
Ferreira (2000) descreveu “domínio” da seguinte forma: “toda posse de bola onde o jogador dá um primeiro toque para deixá-la sob seu domínio, proveniente de um passe do companheiro de equipe, ou interceptação de uma bola do adversário, ou simplesmente uma sobra de bola”.
No presente trabalho, o domínio foi definido como o ato de “amortecer” e/ou preparar a bola de modo que possibilite que novas ações sejam executadas em seguida. O domínio pode ser realizado com diversas partes do corpo, mas normalmente é feito com o pé, tronco, coxa ou com a cabeça.
Considerou-se correto todo domínio de bola que o jogador fez e a manteve próxima de si, sempre possibilitando que novas ações fossem executadas. Caso contrário, o domínio foi relatado como errado.
2 – Passe
Em seu estudo, Ferreira (2000) afirma que: “a realização de um passe se dá quando um atleta, com posse de bola, passa essa bola a um companheiro da mesma equipe, por diferentes situações da partida”. Já Dechechi (2003) definiu passe como: “toque na bola realizado por um jogador com intuito da mesma, após percorrer uma trajetória, ficar de posse com outro jogador da mesma equipe”.
De forma similar a Dechechi, neste estudo o passe foi considerado como todo ato de tocar a bola, com qualquer parte do corpo permitida pela regra, objetivando que a mesma alcance outro jogador da sua própria equipe. Considerou-se errado todo passe que não alcançou o companheiro e certo quando a bola chegou ao outro atleta do mesmo time.
3 – Condução
Para Ferreira (1998), a condução no futebol é a ação de progredir com a bola por todos os espaços possíveis de jogo. Já Freire (1998) descreve como uma habilidade que permite ao jogador levar a bola de um ponto a outro do campo, sem ser desarmado, antes de efetuar um cruzamento ou outra jogada qualquer. Com base nessas definições, a condução é descrita aqui como o ato de “carregar” (com qualquer parte do corpo permitida pela regra) a
bola por uma determinada distância, mantendo o domínio da mesma. Normalmente esta ação técnica é executada com os pés, mas, conforme a definição, também pode ser realizada com várias partes do corpo (cabeça, coxa, etc).
Como critério de desempenho, considerou-se errada toda condução que o executante realizou e perdeu a posse de bola.
4 – Drible ou Finta
O drible foi relatado por Ferreira (1998) como uma ação individual, exercida com a posse da bola, visando enganar um oponente tentando ultrapassá-lo. Freire (1998) também descreve finta como a habilidade de evitar que o adversário desarme o jogador que tem a posse de bola, enquanto este a conduz ou a controla.
Na presente pesquisa, a ação técnica do drible ou finta foi definida como o ato de ludibriar o adversário visando se livrar de sua marcação e facilitar a execução de outras ações. O drible pode ser realizado tocando a bola com qualquer parte do corpo permitida pela regra, ou até mesmo sem tocar na bola.
Dessa forma, considerou-se correto todo o drible que o jogador realizou e ele ou sua equipe manteve a posse de bola.
5 – Finalização
Dechechi (2003) descreve finalização como: “chute direcionado ao gol adversário, realizado com qualquer parte do corpo permitida pela regra”. De maneira similar, no presente estudo a finalização foi definida como o ato de realizar o toque na bola, com qualquer parte do corpo permitida pela regra, objetivando diretamente a execução do gol. Considerou-se correta toda finalização direcionada ao gol e errada a que não foi em direção à meta adversária.
Através desses fundamentos e de ações de segurança, um determinado jogador, sem a posse de bola, pode realizar apenas um desarme. Isso significa que o desarme, além de ter a possibilidade de ser realizado através do domínio, do passe, do drible e da finalização, ele também pode ser realizado através de uma ação de segurança, ou seja, quando o jogador deseja apenas desviar a direção da bola, ou mesmo tirá-la de perto de uma situação de risco (por exemplo, quando um atleta chuta ou cabeceia a bola para longe da grande área quando a sua equipe está sofrendo um ataque).
Dessa forma, o desarme, apesar de não ser em si uma ação técnica (pois ele é realizado através das ações citadas acima), foi definido neste trabalho como o ato de recuperar a bola do jogador adversário sem que seja cometida falta ou o ato destruir a jogada adversária, ainda que o jogador ou a equipe não termine com a posse de bola. Todo desarme que o jogador realizou e recuperou a bola do adversário, foi definido como “desarme com
posse”. Já o desarme que o jogador realizou e apenas destruiu a jogada adversária sem recuperar a bola foi registrado como “desarme sem posse”.
4.1.5.2 – Seqüência de ações
Durante uma partida, os jogadores realizam várias vezes as ações citadas acima, sejam elas feitas isoladamente (como o passe e a finalização com apenas um toque na bola) ou seguindo uma certa seqüência (como executar duas ou mais ações). Isso quer dizer que, se um jogador domina corretamente a bola, por exemplo, em seguida ele tem a possibilidade de realizar outras ações, como um passe. Desse modo, definiu-se nesse trabalho que, em uma situação como essa, o atleta realizou a seqüência de ação “Domínio
→
Passe”.A figura 7 representa as várias possibilidades de repetição de ações na formação de seqüência de ações quando uma equipe está com a posse de bola. Desse modo, um determinado jogador, para receber a bola (que neste trabalho foi definido como recepção e, assim como o desarme, não representa em si uma ação técnica) pode realizar cinco ações: domínio, passe, condução, drible ou finalização (setas azuis). A partir do momento que o atleta realiza um passe ou uma finalização, suas ações técnicas se encerram. No entanto, se o atleta optar por realizar um domínio, uma condução ou um drible, isso possibilitará novamente a execução das cinco ações, criando assim uma seqüência de ações. Supondo que em seguida este jogador, após ter realizado um domínio, um drible ou uma condução, realize um passe ou uma finalização
(setas pretas), a seqüência de ações se encerra. No contrário, se realizar um novo domínio, drible ou condução, a seqüência dá continuidade com novas opções (setas vermelhas).
FIGURA 7. Organograma de seqüência de ações técnicas.
Como se pode observar, as ações e seqüência de ações só se encerram se o jogador realizar um passe ou uma finalização. Quando isso ocorreu, definiu-se que o jogador realizou uma ação ou seqüência de ações completa. Caso o jogador, durante a execução desta seqüência de ações, tenha cometido algum erro, tenha sido desarmado, sofreu ou cometeu uma falta, definiu-se que o jogador realizou uma seqüência de ações incompleta.
Sem a posse de bola, através do domínio, do passe, do drible, da finalização ou da ação de segurança, o jogador pode realizar o desarme. A partir do momento em que a equipe, através do desarme, conquista a posse de bola por meio de seu jogador, uma nova seqüência de ações é iniciada.
FIGURA 8. Organograma das formas de desarme.
4.1.6 – Registro e arquivamento das ações técnicas
O sistema Dvideow possui um ambiente que permite também o registro e arquivamento das ações de jogadores durante uma partida. Antes do início da análise, o software disponibiliza uma tela onde são informados dados sobre o local e a data de jogo, nome e número dos jogadores e ações técnicas que desejam ser avaliadas (figura 9).
FIGURA 9. Janela do software para informações sobre a partida,
jogadores e ações técnicas que serão analisadas.
Em seguida, o operador acompanha as imagens do jogo e faz o registro das ações técnicas realizadas. Dessa forma, quando um jogador realiza uma determinada ação, o operador seleciona com o mouse o número do jogador em uma barra de números, em seguida a ação técnica executada e o seu resultado (certo ou errado, por exemplo). Ao final, o software adiciona todas essas informações em uma barra de registro, junto com as informações sobre o instante de tempo em que ocorreu o evento e o local do campo (figura 10).
FIGURA 10. Registro das ações dos jogadores através do software Dvideow.
Após o registro de todas as ações técnicas, o sistema Dvideow produziu um arquivo, para cada jogo, com a estrutura de uma matriz distribuída em seis colunas (figura 11), sendo:
1ª coluna - número do quadro quando ocorreu a ação; 2ª coluna - número do jogador que realizou a ação;
3ª coluna - coordenada x do local do campo onde ela foi realizada;
4ª coluna – coordenada y do local do campo onde a ação foi realizada;
5ª coluna - ação realizada, recebendo cada uma um número; 6ª coluna - resultado da ação, podendo ser 0 (errado) ou 1 (certo).
FIGURA 11. Estrutura do arquivo das ações técnicas dos jogadores durante uma partida.
4.2 – Tratamento de Dados
Através dos arquivos com os dados da posição de todos os atletas em função do tempo e suas ações, os resultados foram analisados com o auxílio do software Matlab®.
Inicialmente, com o arquivo do tracking computacional, foram identificados os locais do campo que cada um dos jogadores mais percorreu. Essa informação foi de grande relevância no auxílio para a classificação da posição onde atuou cada jogador.
Em seguida, com o arquivo das ações técnicas, foram desenvolvidos algoritmos para os seguintes cálculos e análises:
4.2.1- Identificação e contabilização das ações e seqüências de ações realizadas pelos jogadores
Através de um algoritmo que permitia interação entre o software e o operador, foram identificadas e contabilizadas todas as ações e seqüências de ações completas e incompletas dos jogadores que participaram, pelo menos, de 23 minutos de jogo, ou seja, aproximadamente metade de um período do jogo. As ações e seqüências de ações foram listadas e tabelas de cada jogo foram montadas com a informação de quantas vezes cada jogador
realizou cada uma dessas ações e seqüência de ações completas e incompletas. Através dessas tabelas, identificou-se quais ações e seqüências de ações foram as mais realizadas durante os jogos. Um algoritmo também foi criado para contabilizar as formas de execução do desarme e sua distribuição entre as diferentes posições.
4.2.2 - Contabilização das ações e seqüências de ações que antecederam às finalizações
Neste trabalho também se registrou a última ação ou seqüência de ações que antecedeu às finalizações. Dessa forma, se um jogador realizou um domínio seguido de um passe e, logo na seqüência, seu companheiro de equipe realiza uma finalização, registrou-se que a seqüência de ação que antecedeu a finalização foi a Domínio
→
Passe. Caso o jogador tenha realizado uma seqüência incompleta, sofrido uma falta, e essa tenha sido cobrada direta para o gol, registrou-se que uma seqüência incompleta (SI) antecedeu a finalização.Caso a finalização tenha surgido de um passe que ocorreu a partir de uma cobrança de uma falta ou escanteio, contabilizou-se que a finalização foi antecedida por um lance de bola parada (BP).
4.2.3 - Ações e seqüência de ações utilizadas pelo atleta que finaliza e quais jogadores finalizaram a gol
Neste trabalho foram registradas as ações e seqüências de ações utilizadas pelo jogador no momento da finalização. O objetivo desta análise é
verificar se um jogador normalmente realiza uma finalização após um domínio, um drible, uma condução ou finaliza com apenas um toque na bola.
Caso o jogador tenha realizado uma cobrança de falta direta para o gol ou uma cobrança de pênalti, contabilizou-se como finalização de bola